補償器又稱為伸縮器、伸縮節(jié)或膨脹節(jié)，主要用于補償管道受溫度變化而產生的變形。如果溫度變化時管道不能完全自由地膨脹或收縮，管道中將產生溫度應力。在管道設計中必須考慮這種應力，否則它可能導致管道的破裂，影響生產的正常運行。

定義與公式：

（1）定義

a、滑動支架：管道軸向、橫向均不受限制，即允許管道前后、左右有位移；

b、導向支架：是滑動支架的一種，一般只允許管道有軸向位移，而不允許有橫向位移。

對直管式導向支架進行定位，一般推薦：使補償器靠近一個固定支架，使第一個導向支架與補償器端面的間距不超過管徑的4倍（L1≤4DN）。這種布設方式既可以使位移得到正確的導向，又可以使補償器的兩端得到適當?shù)闹С?。第二個導向支架與第一個導向支架的間距不得超過管徑的14倍（L2≤14DN）。其它導向支架的最大間距可按公式計算，也可按燃規(guī)上的規(guī)定執(zhí)行。如下圖所示：

c、固定支架：管道軸向、橫向均受限制，不允許管道有位移。

固定支架分主固定支架和次固定支架，主固定支架一般設置在管道的盲端、彎頭、閥門及側支管線連接處等位置，次固定支架一般設在直管段上兩個軸向型補償器之間。

（2）管道伸長量的計算　　

由于溫差引起的管道長度變化，由下式計算：

△L＝αL△t

式中：△L—管道的伸長量（m）；

α—管道的線膨脹系數(shù)（m/m℃），其數(shù)值見表1；

L—管道長度（m）；

△t－溫差（℃），架空管道在太陽直曬的情況下計算溫差可取80 ℃；

表1? 各種管材的線膨脹系數(shù)（m/m℃）

（2）溫度應力

?當管道兩端固定時，溫度應力為：σ=Eδ

式中：σ-溫度應力（MPa）；

E-彈性模數(shù)（MPa），鋼材取2.1×105MPa；

δ-管道的相對變形，δ＝△L/L。

自然補償器：

自然補償器是利用管道自身進行補償，常用的有兩種形式，L型和Z型，如下圖：

自然補償器短臂的計算方法如下：

（1）L型補償器短臂長度計算：

式中l(wèi)-L型補償器的短臂長度(m）；

△L-L型補償器長臂的熱伸縮量（mm）；

D-管道外徑（mm）。

（2）Z型補償器的短臂長度計算：

式中：l-Z型補償器的短臂長度(m）；

△t-計算溫差（℃）；

E-彈性模數(shù)（MPa）；

D-管道外徑（mm）；

σ-允許彎曲應力（MPa）；k= L1/L2。

小結：自然補償?shù)墓艿赖拈L臂臂長一般不超過25m，彎曲應力不應超過80MPa。

L形與Z形補償器可以利用管道中的彎頭構成，且便于安裝。在管道設計中，應充分利用這兩種補償器做補償，然后再考慮采用其它種類的補償器。自然補償?shù)膬?yōu)點是可以節(jié)省補償器，缺點是管道變形時產生橫向位移。架空管道中自然補償不能滿足要求時才考慮裝設其它類型的補償器。

方型補償器：

方型補償器又稱∪型補償器，它一般用優(yōu)質無縫鋼管煨彎而成，當管徑較大時常用焊接彎管制成。曲率半徑通常為3DN-4DN。方型補償器分為4種型號，補償能力為30mm-250mm。

表2 補償能力為50mm的方型補償器相關參數(shù)

表3 補償能力為100mm的方型補償器相關參數(shù)

補償能力為30mm、75mm、150mm、200mm、250mm的方型補償器均有相關的參數(shù)列表。

小結：方形補償器的優(yōu)點是制造方便，軸向推力較小，補償量大，運行可靠，嚴密性好，不需要經常維修。其缺點是介質流動阻力大、單面外伸臂較長，占空間較大，當管徑較大時不宜采用。

波紋補償器：

波紋補償器是采用先進的、對波紋管無損傷的利用薄不銹鋼板整體一次液壓成型制作的。波紋補償器在管線上可作軸向、橫向和角向三個方向的補償。

波紋補償器的種類很多，包括軸向型波紋補償器 、自由復式型波紋補償器 、拉桿型波紋補償器等。后兩種結構較為復雜，且在燃氣管道中用的較少，主要介紹軸向型波紋補償器。

軸向型波紋補償器由一個波紋管和兩個接管構成。它通過波紋管的柔性變形來吸收管線軸向位移（也有少量橫向、角向位移），一般通過法蘭與管道連接。補償器上的小拉桿主要是運輸過程中的剛性支承或作為產品預變形調整用，它不是承力件。如下圖所示：

軸向型波紋補償器為了減少介質的流動阻力，在內部設有內套管，在很大程度上限制了橫向補償能力，故一般僅用以吸收或補償管道的軸向位移；

波紋補償器補償能力為：△L=△s×N

式中：△L-補償器的補償能力（mm）；

N-波節(jié)數(shù)；

△s-單節(jié)波紋的補償能力（mm）；一般為15-20mm，產品說明書中有相關參數(shù)。

波紋補償器允許的補償能力一般按最大補償能力的1／2－2／3計算。

單節(jié)波紋的補償能力△s 可按下式計算：

式中：E-補償器鋼材的彈性模量（MPa）；

Σs-補償器鋼材屈服極限（MPa）；

d-管道內徑（cm）；

δ-補償器壁厚（cm）；

k-安全系數(shù)。當P≤0.25MPa時，k=1.2；當0.25MPa≤ P≤0.6MPa時，k=1.3；

α-波形補償器計算系數(shù)，據(jù)β＝d/D值查表3

D-波形補償器的外徑（cm）。

表4　波形補償器計算系數(shù)

為了使補償器處于一個良好的工作位置和改善管道的受力狀態(tài)，在安裝前對補償器進行“預變形”

軸向型補償器的軸向預變形量△X由下式確定：

△X=X{1/2-（T0-Tmin）/（?Tmax-Tmin）}

式中：X—軸向補償量；Tmax—最高使用溫度；

T0—安裝溫度℃?；?Tmin—最低使用溫度。

小結：波紋補償器具有工作可靠、結構緊湊、重量輕、位移補償量大、變形應力小等優(yōu)點，廣泛應用于燃氣管道的補償中，但由于其管壁較薄、強度低，不能承受扭力、振動，安全性差，施工時應注意保護。

金屬軟管：

金屬軟管由不銹鋼波紋管、不銹鋼網套、金屬軟管接頭組成。如下圖所示：

不銹鋼波紋管是由極薄壁的無縫不銹鋼管經過高精度塑性加工而成。有兩種形式：一種是環(huán)形金屬軟管、一種是螺旋型金屬軟管。如下圖：

不銹鋼網套是金屬軟管安裝在壓力管路中的主要承壓件，同時對金屬軟管起保護作用，根據(jù)管道中的壓力大小及應用場所，可選擇一層或多層的不銹鋼絲或鋼帶按一定的參數(shù)進行編織。壓力范圍一般為 PN0.6-32.0Mpa，最高達42.0MPa。　　

金屬軟管接頭主要包括螺紋連接、法蘭連接、快速接頭連接。

常用的金屬軟管主要參數(shù)：

金屬軟管的主要外形尺寸：

金屬軟管的主要技術特性：

小結：金屬軟管具備良好的柔軟性、抗疲勞性、耐高壓、耐高低溫、耐蝕性等諸多特性，可廣泛應用于燃氣管道中進行橫向位移的補償，也可用于燃氣管道與用氣設備的連接，吸收設備的振動，降低振動對燃氣管道的影響。

架空管道中補償器的選擇應首先應考慮自然補償，當自然補償不能滿足要求時才考慮裝設方型補償器、波紋補償器或金屬軟管。

補償器的安裝：

方形補償器由四個彎頭組成：

特點：制造方便，運行可靠，補償能力大，軸向推力小，維修方便。

缺點：占地面積較大。

安裝條件：①兩個固定支架間的管道安裝完畢；

②支架已按設計要求固定牢靠。

吊裝方法：多點綁扎法。

吊裝就位后必須將補償器冷拉或冷壓，冷壓或冷壓量應符合設計要求，其允許偏差應在±10mm之間。

安裝技術要求：

1、安裝時，需進行預拉伸或預壓縮；

2、水平安裝的補償器應與管道保持同一坡度；

3、補償器兩側的第一個支架宜設置在距補償器彎頭起點0.5-1M處，支架為滑動支架，不能設置導向和固定支架；

4、補償器最高處設放氣閥，最低處設疏水裝置。

填料函式補償器安裝：

填料式補償器安裝方便，占地面積小，流體阻力較小，抗失穩(wěn)性好，補償能力較大，可以在不停熱的情況下進行檢修。缺點是軸向推力較大，易漏水漏氣，需經常檢修和更換填料，如管道變形有橫向位移時，易造成填料圈卡住。這種補償器一般只用于安裝方形補償器有困難的地方。

安裝前要求：檢查內部零件，檢驗填料是否完整齊全并符合技術要求。

填料：用機油浸過并涂有石墨粉的石棉繩圈，各圈的接口應互相錯開。

波形補償器安裝：

波紋管膨脹節(jié)的安裝要求：

1.波紋管膨脹節(jié)不能承重，應單獨吊裝，除非對波紋管膨脹采取加固措施，否則不允許波紋管膨脹與管道焊接后一齊吊裝。

2.安裝前應先檢查波紋管膨脹的型號、規(guī)格及管道的支座配置必須符合設計要求。

3.對帶內襯筒的波紋管膨脹注意使內襯筒的的方向與介質流動方向一致，平面角向型波紋管膨脹的鉸鏈轉動平面與位移平面一致。

4.需要進行冷緊的波紋管膨脹，其預變形所用的輔助構件應在管系安裝完畢后拆除。

5.除設計要求預拉伸（或壓縮）或“冷緊”的預變形量外，嚴禁用使波紋管變形的方法來調整管道的安裝偏差，以免影響波紋管膨脹的正常功能，降低使用壽命和增加管系、設備按管及支撐構件的載荷。

6.安裝過程中不允許焊渣飛濺到波紋管膨脹表面和使波紋管受到其它機械性損傷。

7.管系安裝完畢應立即拆除波紋管上作安裝運輸保護的輔助定位機構信緊固件，并按設計要求將限位裝置調到規(guī)定位置。

8.波紋管膨脹節(jié)的所有活動元件不得被外部構件(或者內部固體沉積物)卡死或限制其活動部位正常工作。? 9.對于氣體介質的波紋管膨脹節(jié)及其連接管道，作水壓試驗時，要考慮充水時是否需要對波紋管膨脹節(jié)上的接管加設臨時支架以承重。

10.水壓試驗用水必須干凈(不能用含有泥沙或者有沉積物的污水)、無腐蝕性，對奧氏體不銹鋼波紋管膨脹節(jié)應嚴格控制水中氯離子含量不超過25PPm。

11.水壓試驗結束后應盡快排凈波紋中的積水。

球形補償器：

球形補償器是由外殼、球體、密封圈壓緊法蘭組成，它是利用球體管接頭隨機轉彎運動來補償管道的熱伸長而消除熱應力的，適用于三向位置的熱力管道。其優(yōu)點是占用空間小，節(jié)省材料，不產生推力；缺點是易漏水漏汽，要加強維修。